我中国石油大学采油工程实验报告
实验日期：2014.11.14 成绩：
班级： 学号： 姓名:教师： 战永平 同组者：
实验三 裂缝导流能力模拟实验
一、实验目的
1. 了解岩石被支撑裂缝的导流能力随闭合压力变化的规律, 以及在相同闭合压力条件下不同铺砂浓度导流能力的差异；
2. 分别应用达西公式与二项式公式计算，分析结果的异同点，并说明原因； 3. 熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。
二、实验原理
裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。
三、实验仪器和材料
1. 仪器名称:裂缝导流仪, 包括以下组成部分:
压力试验机，空气压缩机，定值器，精密压力表，浮子流量计，岩心（钢板）模，游标卡尺, 电子天平.
2. 材料：同产地的石英砂和陶粒。
四、实验步骤
1、准备实验工作
（1）在附表1中记录使用的支撑剂名称、产地、粒径及室内温度下的气体粘度；
（2）用游标卡尺量出岩心模的外径及孔眼的内径, 记录附表1中，用作计算岩心模面积；
（3）称一定重量的支撑剂（记下支撑剂的颗粒直径）均匀地铺在岩心模面
上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下支撑剂是否铺的均匀和紧密。然后称剩余支撑剂的重量，二者之差即为铺在岩心上的支撑剂的重量，并按下式计算出支撑剂的浓度：
支撑剂（砂子）的浓度
单层支撑剂的重量
，g cm 2
铺有支撑剂岩心的面积
将此浓度值记入表1中。
（4）将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。
（5）认真记录试验机载荷刻度盘上加载值。 2、岩心加压法
（1）岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。
（2）旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针(黑针) 转到1.5吨(或1KN) 时, 将送油阀放慢关闭维持此点上. 将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮, 使浮子指示到流量计刻度的最高度值。
（3）送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数Q 和对应的压力P （精密压力表示数）, 记录在附表3中. （4）需要载荷分别依次加到50、100、120、150、200（kN ）读出相应的P ，Q 值，用达西公式计算.
注意:在测点120kN 处，保持载荷不变，改变P （调定制器阀）读出Q ，每测点共记5组数据于表2中，用于二项式计算。
（5）试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。
（6）双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤2进行操作，测出不同载荷下的P 及Q 值记入表2和表3中。
五、数据处理
1.数据记录表格如下：
表1 基本参数
表2 变载荷下的流量与压力关系数据
表3 定载荷下的流量与压力关系数据
2.数据处理
（1）计算闭合压力（以50kN 载荷为例）
P 闭合=
加压载荷（Kg ）50002
==79. 33K g /cm 2
铺有支撑剂的岩心面积（cm ）63. 03
（2）计算裂缝导流能力K f W （达西公式法）
K f W =
r
Q μP n ln o
r e
πP i 2-P o 2
0. 92⨯1060. 224+0. 104. 510
⨯0. 01789⨯⨯ln
=1. 269μm 2⋅cm =3. 14⨯(0. 2242-0. 12) ⨯10
式中：Q--气体流量，cm 3/s； μ--气体粘度，mPa.s ；
P n --流量计进口处压力，atm ； P i --流量计进口处压力，atm ； P o --流量计出口处压力，atm ； r o --岩心的外部半径，cm ； r e --岩心的孔眼半径，cm ；
同理，可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，将各组计算结果汇总如表4所示：
表4不同铺砂浓度、不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力数据表
（3）计算裂缝导流能力（二项式公式法）
P i -P o
=A +BQ
Q
计算载荷为120KN 时单、双层的Q 及
P i -P o
： Q
22
0. 93⨯106
=258. 33cm 3/s 以第一组数据为例：Q =
3600
P i -P o 0. 2242-0. 12
==0. 000156
Q 258. 33
22
P -P o
同理，可以计算出其他各组的Q 及i ，计算结果如表5所示：
Q
表5 120kN载荷下（Pi-Po ）/Q及Q 的值
22
以（Pi-Po)/Q为纵坐标，以Q 为横坐标，在直角坐标系中作图如下所示：
图1单层、双层支撑剂（Pi -Po )/Q与Q 的关系曲线
2
2
由图二可知：单层A=0.000089，双层A=0.0002 所以，在120kN 载荷下，导流能力为： 单层支撑剂：K f W =
μ
3. 14A
ln
r o 0. 017894. 510=⨯ln =138. 66μm 2⋅cm r e 3. 14⨯0. 0000890. 517
r o 0. 017894. 510=⨯ln =61. 70μm 2⋅cm r e 3. 14⨯0. 00020. 517
双层支撑剂：K f W =
μ
3. 14A
ln
结果分析：可以看出，用二项式与达西公式求解得到的裂缝在120kN 载荷下单、双层支撑剂导流能力相比，两者有较大差别。这是因为裂缝的出现，对达西模型造成很大的影响，使得计算结果发生很大的偏差，同时，在用二项式公式处理数据的时候，对数据计算进行的近似处理，在数据记录时取点变动范围太小，
都导致了一定的误差。
七、思考题
1、回答裂缝导流能力的概念。
答：无因次裂缝导流能力是是裂缝传输流体至井眼的裂缝传导能力与地层输送流体至裂缝的传导能力的比较。
2、画出致密地层内和微裂缝、高渗透地层压裂过程中井底压力变化曲线。 答：
图2 微裂缝、高渗透地层压裂过程井底压力变化曲线
图3 致密地层内压裂过程井底压力变化曲线
3、按照不同压裂施工阶段的任务，压裂液可分为哪几种，并简述其作用。 答：按照不同压裂施工阶段的任务，压裂液可分为前置液，携砂液，顶替液 前置液的作用是破裂地层，造成一定几何尺寸的裂缝，以备后面的携砂液进入，在温度较高的地层里，还可以起到一定的降温作用; 携砂液的作用是用来将地面的支撑剂带入裂缝，并携至裂缝中的预定位置，同时还有延伸裂缝、冷却地层的
作用。顶替液的作用是：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并且预防砂卡的作用，注完携砂液后用顶替液将携砂液送到预定位置，将井筒中的全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液的效率和防止井筒沉砂。 4、简述地面砂比的概念。
答：地面砂比有两种定义方法：一种是单位体积混砂液中所含的支撑剂的质量；另一种是支撑剂体积与压裂液体积之比。
八, 结束语
这次试验, 让我知道了压裂施工的任务和压裂液的分类. 更了解到裂缝导流能力的影响因素. 使我的印象更深. 在本次试验中我们组有七个人, 所以通过合作使得这次试验可以很顺利的的完成. 最后, 感谢老师在本次试验中对我们的指导。
我中国石油大学采油工程实验报告
实验日期：2014.11.14 成绩：
班级： 学号： 姓名:教师： 战永平 同组者：
实验三 裂缝导流能力模拟实验
一、实验目的
1. 了解岩石被支撑裂缝的导流能力随闭合压力变化的规律, 以及在相同闭合压力条件下不同铺砂浓度导流能力的差异；
2. 分别应用达西公式与二项式公式计算，分析结果的异同点，并说明原因； 3. 熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。
二、实验原理
裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。
三、实验仪器和材料
1. 仪器名称:裂缝导流仪, 包括以下组成部分:
压力试验机，空气压缩机，定值器，精密压力表，浮子流量计，岩心（钢板）模，游标卡尺, 电子天平.
2. 材料：同产地的石英砂和陶粒。
四、实验步骤
1、准备实验工作
（1）在附表1中记录使用的支撑剂名称、产地、粒径及室内温度下的气体粘度；
（2）用游标卡尺量出岩心模的外径及孔眼的内径, 记录附表1中，用作计算岩心模面积；
（3）称一定重量的支撑剂（记下支撑剂的颗粒直径）均匀地铺在岩心模面
上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下支撑剂是否铺的均匀和紧密。然后称剩余支撑剂的重量，二者之差即为铺在岩心上的支撑剂的重量，并按下式计算出支撑剂的浓度：
支撑剂（砂子）的浓度
单层支撑剂的重量
，g cm 2
铺有支撑剂岩心的面积
将此浓度值记入表1中。
（4）将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。
（5）认真记录试验机载荷刻度盘上加载值。 2、岩心加压法
（1）岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。
（2）旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针(黑针) 转到1.5吨(或1KN) 时, 将送油阀放慢关闭维持此点上. 将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮, 使浮子指示到流量计刻度的最高度值。
（3）送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数Q 和对应的压力P （精密压力表示数）, 记录在附表3中. （4）需要载荷分别依次加到50、100、120、150、200（kN ）读出相应的P ，Q 值，用达西公式计算.
注意:在测点120kN 处，保持载荷不变，改变P （调定制器阀）读出Q ，每测点共记5组数据于表2中，用于二项式计算。
（5）试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。
（6）双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤2进行操作，测出不同载荷下的P 及Q 值记入表2和表3中。
五、数据处理
1.数据记录表格如下：
表1 基本参数
表2 变载荷下的流量与压力关系数据
表3 定载荷下的流量与压力关系数据
2.数据处理
（1）计算闭合压力（以50kN 载荷为例）
P 闭合=
加压载荷（Kg ）50002
==79. 33K g /cm 2
铺有支撑剂的岩心面积（cm ）63. 03
（2）计算裂缝导流能力K f W （达西公式法）
K f W =
r
Q μP n ln o
r e
πP i 2-P o 2
0. 92⨯1060. 224+0. 104. 510
⨯0. 01789⨯⨯ln
=1. 269μm 2⋅cm =3. 14⨯(0. 2242-0. 12) ⨯10
式中：Q--气体流量，cm 3/s； μ--气体粘度，mPa.s ；
P n --流量计进口处压力，atm ； P i --流量计进口处压力，atm ； P o --流量计出口处压力，atm ； r o --岩心的外部半径，cm ； r e --岩心的孔眼半径，cm ；
同理，可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，将各组计算结果汇总如表4所示：
表4不同铺砂浓度、不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力数据表
（3）计算裂缝导流能力（二项式公式法）
P i -P o
=A +BQ
Q
计算载荷为120KN 时单、双层的Q 及
P i -P o
： Q
22
0. 93⨯106
=258. 33cm 3/s 以第一组数据为例：Q =
3600
P i -P o 0. 2242-0. 12
==0. 000156
Q 258. 33
22
P -P o
同理，可以计算出其他各组的Q 及i ，计算结果如表5所示：
Q
表5 120kN载荷下（Pi-Po ）/Q及Q 的值
22
以（Pi-Po)/Q为纵坐标，以Q 为横坐标，在直角坐标系中作图如下所示：
图1单层、双层支撑剂（Pi -Po )/Q与Q 的关系曲线
2
2
由图二可知：单层A=0.000089，双层A=0.0002 所以，在120kN 载荷下，导流能力为： 单层支撑剂：K f W =
μ
3. 14A
ln
r o 0. 017894. 510=⨯ln =138. 66μm 2⋅cm r e 3. 14⨯0. 0000890. 517
r o 0. 017894. 510=⨯ln =61. 70μm 2⋅cm r e 3. 14⨯0. 00020. 517
双层支撑剂：K f W =
μ
3. 14A
ln
结果分析：可以看出，用二项式与达西公式求解得到的裂缝在120kN 载荷下单、双层支撑剂导流能力相比，两者有较大差别。这是因为裂缝的出现，对达西模型造成很大的影响，使得计算结果发生很大的偏差，同时，在用二项式公式处理数据的时候，对数据计算进行的近似处理，在数据记录时取点变动范围太小，
都导致了一定的误差。
七、思考题
1、回答裂缝导流能力的概念。
答：无因次裂缝导流能力是是裂缝传输流体至井眼的裂缝传导能力与地层输送流体至裂缝的传导能力的比较。
2、画出致密地层内和微裂缝、高渗透地层压裂过程中井底压力变化曲线。 答：
图2 微裂缝、高渗透地层压裂过程井底压力变化曲线
图3 致密地层内压裂过程井底压力变化曲线
3、按照不同压裂施工阶段的任务，压裂液可分为哪几种，并简述其作用。 答：按照不同压裂施工阶段的任务，压裂液可分为前置液，携砂液，顶替液 前置液的作用是破裂地层，造成一定几何尺寸的裂缝，以备后面的携砂液进入，在温度较高的地层里，还可以起到一定的降温作用; 携砂液的作用是用来将地面的支撑剂带入裂缝，并携至裂缝中的预定位置，同时还有延伸裂缝、冷却地层的
作用。顶替液的作用是：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并且预防砂卡的作用，注完携砂液后用顶替液将携砂液送到预定位置，将井筒中的全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液的效率和防止井筒沉砂。 4、简述地面砂比的概念。
答：地面砂比有两种定义方法：一种是单位体积混砂液中所含的支撑剂的质量；另一种是支撑剂体积与压裂液体积之比。
八, 结束语
这次试验, 让我知道了压裂施工的任务和压裂液的分类. 更了解到裂缝导流能力的影响因素. 使我的印象更深. 在本次试验中我们组有七个人, 所以通过合作使得这次试验可以很顺利的的完成. 最后, 感谢老师在本次试验中对我们的指导。